预应力管桩施工技术在高速公路扩建工程中的应用

2023-01-08邢宗锐

交通世界 2022年22期

邢宗锐

（临西县交通运输局，河北邢台 054900）

1 工程概况

某高速公路工程与2011年建成并投入使用，伴随当地经济的发展，公路每日的车流量越来越大，其中货车的占比可达到62.4%。为避免公路超载而引发病害，现需要对该公路两侧扩建施工，将原公路路基宽度由22.6m扩宽至28.4m，在改扩建施工时为保证公路路基的稳定性。决定采用预应力管桩施工技术，采用的管桩长度为19m。

2 预应力管桩施工技术应用

2.1 施工准备

2.1.1 技术准备

本次改扩建工程预应力管桩施工前，施工单位应先组织施工队伍，明确施工组长，同时设置多个职能部门负责施工中的监督、管理；其次安排施工人员对施工现场进行详细的勘探，勘探过程中应充分了解工程地周围的气候环境、地质条件、周围构筑物情况、地下管线情况，所有的勘查数据绘制成详细的勘查报告；最后勘探结束后根据勘查报告以及原公路的调查资料，编制详细的施工方案，方案中明确施工组织计划、设备需求计划、施工流程、施工图纸等多项内容，编制后的方案经审批后组织技术交底。

2.1.2 材料机械准备

（1）施工中使用的预应力管桩由工厂加工制造后，统一运送至施工现场，采用的管桩其桩径为400mm，管桩壁厚70mm。管桩在入场前需要出具其质量检验单、合格证、出厂证等文件，所有文件经监理工程师检查批准后入场。管桩入场后存放于场地的存料区内，因管桩自重大、长细比大，在管桩运输时采用长挂车，运送至场地后利用吊运法进行移动存储，整个吊运施工由监理全程监督，并设置安全员组织实施。起吊时采取两头起吊的方式，吊装中要做到轻拿轻放，吊运至存料区后的管桩分层存放，存放时应注意在场地上方设置垫木，场地内的最高堆放高度不得超过5层[1]。

（2）预应力管桩施工采用的机械种类较多，其中最重要的机械为压桩机。本次施工采用静压的方式，故压桩机选择静压压桩机。选择的压桩机设计压桩力应达到60t，实际压桩力应达到100t，压桩时的速度可控制在1m/min，每次压桩深度控制在1.5～2.0m。压桩机入场后安排人员负责定期调试保养，调试主要是对压桩机自带的压力表进行标定。除压桩机外，采用的机械设备还包括起重机、水准仪、长挂车、直尺等。所有的机械设备均安排人员定期保养与检测，正式施工前还要联合进行试机工作，确保机械的性能正常。

2.1.3 场地准备

（1）机械材料入场后施工单位应布置施工场地，为管桩的施工做准备。准备场地时先将加宽路段区域内的杂草、根系植物、土壤等全部清除，同时将地表初步整平；其次在路基的外侧设置临时的排水沟，以便于施工中积水可以及时排出；最后将初步整平的地表向下松土25cm的深度，并向土中掺加适量的石灰后再度整平碾压，经压实整平后的地基其压实度应不小于90%，且具有2%坡度的外向横坡[2]。

（2）施工区域场地整平后在其表面开展测量放样工作。测量时先复测施工图纸中各个导线点位的位置，复测时采用全站仪完成。如经复测发现实际导线点位置与图纸中的位置存在偏差，施工单位要校正导线点，待复测结束后依据各个导线点位放样施工。放样时先将小竹片桩插入每个桩位的中心点，小竹片桩的长度在30～40cm，待插入后再利用红色油漆标记其中线点位，最后依据各桩位的中点位置放出桩位轴线，为成桩施工做指导。

2.2 施工工艺

2.2.1 吊桩及压桩

（1）准备工作结束后依据放样的位置安装压桩机，待压桩机就位且安装位置验收合格后，安排施工人员利用吊车将预应力钢管桩吊起。起吊时采用钢丝绳绑住桩身后单点起吊，吊点的位置宜设置在距离桩头0.28～0.32L处。起吊后将移动吊机将管桩缓慢插入压桩机的夹持箱内，此时压桩机的操作人员需配合打开机械夹持箱的夹口，并在指挥人员的指令下将管桩送入夹持箱。当管桩进入夹持箱后利用压桩机的线锤调整其垂直度，然后启动压桩机将管桩对准桩位后缓慢下放，待管桩下放至地面10cm的位置后将管桩夹紧，并松开吊机的吊钩，此时夹持箱的夹力宜控制在5MPa以内[3]。

（2）当管桩下放至地面10cm位置后，施工单位要对桩身进行适当的调整，调整的目的是保持桩身的垂直度，经调整后桩体的垂直度偏差宜控制在5%以内。然后在桩的周围设置标尺后开启压桩机进行压桩施工，整个压桩过程连续进行，压桩速度控制在1m/min左右。压桩过程中安排人员对压桩的压力、深度及其他参数实施检测，一旦发现异常问题应及时关闭压桩机，并查明原因及时处理，待事故解决之后再重新根据设计的压桩压力及速度进行压桩，直至压桩至接桩位置后进行下一步施工[4]。

2.2.2 接桩及焊接

（1）第一节管桩压至设计位置后要进行接桩操作，以延长桩体的长度。本次接桩施工采用钢断板焊接的方式，为便于接桩施工，第一节桩的端头宜高出地面0.5～1.0m的高度。接桩时先在第一节管桩的桩头设置导向箍，然后利用吊机将第2节管桩吊起就位，在两节桩相互连接时利用经纬仪进行双向检测。相互连接后两节管桩之间的错位偏差宜控制在2mm以内，且管桩的中心线保持一致，此时再实施焊接使两节管桩紧密连接。

（2）管桩焊接前要对预埋件进行清理，同时利用铁片将两节管桩之间垫实并焊接牢固。本次管桩焊接施工采用对称焊接的方式，焊接遍数控制在3遍及以上，焊接层数保持2层及以上。焊接后焊缝位置应连续饱满且焊缝保持平整。待焊接施工完成后自然冷却8～10min，冷却过程中不得通过其他方式加速冷却，冷却后安排人员检查焊缝的质量，检查方式为抽样检测，每个焊接工人的焊缝均要抽样，焊缝要求不得存在质量问题。如发现不合格的焊缝需及时补焊处理，若经检测合格后在接桩位置涂刷防腐油漆，并进行送桩施工[5]。

2.2.3 送桩及截桩

送桩施工主要由送桩器完成。送装器安装于管节上端，且与管桩相连接的位置设置桩垫。送桩时根据设计的压桩机施工，整个送桩过程安排人员跟踪检查实际情况，如发现送桩时出现问题及时停止施工采取处理措施。送桩至设计深度后持续送桩压力10min，待管桩每分钟的沉降量控制在2mm后停止送桩，并及时截断高出地面的管桩。接桩前先利用钢箍对无需截断的位置进行保护，然后沿着钢箍位置打穿管桩，最后采用气割法切断钢筋完成截桩。

2.2.4 桩帽施工

本工程预应力钢管桩压桩施工结束后由监理工程师检查验收，经验收其质量合格后在管桩顶部施加桩帽。桩帽采用钢筋混凝土结构，在施工现场浇筑施工，施工前先依据设计的尺寸在管桩桩头位安装模板，并绑扎钢筋，然后采用浇筑桩帽混凝土，浇筑后养护28d左右，直至混凝土强度达到设计强度。桩帽施工结束后桩帽的轴线偏差应控制在15mm以内，尺寸偏差宜控制在30mm以内，标高偏差宜控制在20mm以内[6]。

2.2.5 垫层及加筋网施工

（1）桩帽施工结束后铺设碎石垫层及钢筋网片。本次施工采用的碎石材料为轧制碎石，碎石内部保持干净，最大粒径不超过50mm，碎石的强度和级配均满足施工要求。铺筑时采用分层铺筑的方式，先在施工区域放样明确碎石材料的堆放位置，然后将碎石材料卸放至放样位置后利用推土机整平，接着利用振动压路机碾压密实。碾压时先稳压1～2遍，再振压3～4遍，碾压中压路机的激振力宜控制在200kN，每层碾压后均要检测其压实度。

（2）钢筋网片处于第一层碎石垫层表面，其主要目的是增加垫层的强度。钢筋网片施工时各个网片之间的连接采用点焊的方式，焊接的位置与数量应与设计要求保持一致，焊接完成后对钢筋网片采取必要的防锈措施，并保持网片碎石垫层紧密贴合。待钢筋网片施工后再依据上述第一层碎石垫层施工要求开展第二层碎石垫层施工[7]。

2.3 施工注意事项

2.3.1 注意压桩施工

（1）在压桩施工过程中可能会出现管桩压桩难的问题，产生此问题的主要原因有2种：①由于本工程为改扩建工程，在原公路路基施工时可能在路基两侧设置有反压护道，且护道的填筑高度较高，护道的填筑材料粒径较大、强度高，在压桩时管桩遇到反压护道导致难以向下压入；②在预应力管桩施工前，施工单位对场地的调查工作不到位，导致在管桩压桩施工过程中遭遇岩石、夹层等地质情况，导致难以压桩。

（2）如压桩施工中遇到上述问题，施工单位应注意做好处理，以避免影响预应力管桩的施工质量。其中针对反压护道问题，施工单位在压桩施工前可以先将原路基边坡按照1∶1.2的坡率刷坡，同时向边坡内开挖1m宽的台阶，然后再沿着原路基坡脚位置搭设一排预应力管桩，以避免反压护坡的影响；针对地质情况问题，施工单位施工前应严格控制勘查过程，如施工中遭遇此问题，则施工单位可以安排挖掘机将坚硬土质挖除，若难以挖除则应考虑更换管桩位置[8]。

2.3.2 注意承载力

预应力管桩施工的主要目的是增加地基的承载力，保证改扩建公路路基的稳定性，而在预应力管桩施工完成后有时会出现管桩承载力不足的问题，导致此问题的主要原因有2种：①在预应力管桩施工时，管桩接头位置的焊接质量差，导致管桩接头处出现滑移，最终影响管桩承载力；②在管桩压桩过程中的贯入度过小，从而导致桩身与下方土层之间的空隙增大，管桩桩尖破损，最终影响管桩的承载力。因此，为保证其承载力满足设计要求，在预应力管桩施工中，施工单位应注意做好施工质量的检测与控制，避免出现以上问题。

2.3.3 注意旧路裂缝

压桩施工过程中原路基经常出现纵向裂缝的问题，从而严重威胁原公路路基结构的安全。导致此问题的主要原因是地表下方的粉质土，经振动后发生液化、流动的问题。流动后对原路基结构造成侵蚀，导致路基表面产生纵向裂缝，严重威胁原路基结构的安全。针对此类问题，施工单位在施工中应注意减少对粉质土的振动，当桩体需要通过粉质土时，可以更换为锤击的压桩方式。此外，如原路基已经发生纵向裂缝问题时，施工单位要及时进行灌缝处理，以避免雨水的侵入，必要时对原路基采取加固措施[9]。

2.3.4 注意挤土效应

预应力管桩施工中容易发生挤土效应，其主要是指压桩时管桩的下降速度过快，或密度过大从而对周围土体造成干扰，并使土体之间排水增加、间隙变小、体积压缩。当土体发生挤土效应后，管桩周围的摩擦力会增大，若施工单位持续压桩，甚至可能造成断桩的问题。因此，在本工程施工中应做好桩间距的设置，避免桩间距过小，并在压桩施工时注意控制压桩速度、压力等参数，避免造成挤土效应。